Welche Beziehung besteht zwischen GPU und CPU?

GPU ist der Grafikprozessor des Computers und CPU ist die Zentraleinheit des Computers. Die GPU verringert die Abhängigkeit der Grafikkarte von der CPU und übernimmt einen Teil der Arbeit der ursprünglichen CPU. GPU ist ein Mikroprozessor, der auf Bild- und Grafikberechnungen auf PCs und einigen Mobilgeräten spezialisiert ist, um eine Grafikbeschleunigung zu erreichen. Das Wichtigste ist jetzt, eine 3D-Grafikbeschleunigung zu erreichen.

Die Betriebsumgebung dieses Tutorials: Windows 7-System, Dell G3-Computer.

Was sind GPU und CPU? Welche Beziehung besteht zwischen den beiden?

GPU ist der Grafikprozessor des Computers und CPU ist die Zentraleinheit des Computers.

CPU besteht im Allgemeinen aus einer logischen Operationseinheit, einer Steuereinheit und einer Speichereinheit. Sie ist die letzte Ausführungseinheit für die Informationsverarbeitung und Programmausführung. GPU ist ein Mikroprozessor, der auf Bild- und Grafikvorgänge auf PCs und einigen Mobilgeräten spezialisiert ist, um eine Grafikbeschleunigung zu erreichen. Das Wichtigste ist jetzt, eine 3D-Grafikbeschleunigung zu erreichen. Die Anzahl der GPU-Kerne übersteigt die der CPU bei weitem und wird als viele Kerne bezeichnet, aber die Cache-Größe jedes Kerns ist relativ klein.

Die GPU reduziert die Abhängigkeit der Grafikkarte von der CPU und übernimmt einen Teil der Arbeit der ursprünglichen CPU, insbesondere bei der 3D-Grafikverarbeitung. Zu den von der GPU verwendeten Kerntechnologien gehören Hardware-T&L (Geometriekonvertierung und Beleuchtungsverarbeitung), kubische Umgebungsmaterialzuordnung und Vertices, Texturkomprimierung und Bump-Mapping, Dual-Textur-Vier-Pixel-256-Bit-Rendering-Engine usw. sowie Hardware-T&L-Technologie können als das Markenzeichen der GPU bezeichnet werden. Die wichtigsten Hersteller von GPUs sind NVIDIA und ATI.

Erweiterte Kenntnisse: Einführung in die GPU (Graphics Processing Unit)

Grafikprozessor

CPU besteht aus Operator (ALU) und Controller (CU ) besteht aus zwei Hauptkomponenten. Darüber hinaus gibt es mehrere Register und Cache-Speicher sowie Daten-, Steuer- und Statusbusse, die diese verbinden. Die ALU wird zum Durchführen von Rechenoperationen, Schiebeoperationen, Adressoperationen und Konvertierungen verwendet. Die CU dient zum Speichern von Zwischendaten und Anweisungen und zum Ausgeben von Steuersignalen für jede auszuführende Operation . 运算器（ALU）和控制器（CU）两大部件组成。此外，还有若干个寄存器和高速缓冲存储器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线。ALU用来执行算术运算、移位操作、地址运算和转换；寄存器件用于保存中间数据以及指令；CU负责对指令译码，并发出为完成每条指令所要执行的各个操作的控制信号。

CPU的运行遵循冯·诺依曼构架：存储程序顺序执行。程序执行过程如下：

CPU根据程序计数器（Program Counter，PC

CPU Die Operation folgt der Von-Neumann-Architektur: Gespeicherte Programme werden sequentiell ausgeführt. Der Programmausführungsprozess ist wie folgt:

Die CPU ruft Anweisungen aus dem Speicher gemäß dem Programmzähler (Programmzähler, PC) ab, sendet die Anweisungen dann über den Befehlsbus an den Decoder und Übergibt die übersetzten Anweisungen an den Timing-Generator und die Betriebssteuerung. Anschließend erhalten sie die Daten aus dem Speicher, verarbeiten die Daten durch die Recheneinheit und speichern die Daten schließlich über den Datenbus im Daten-Cache-Register und im Speicher.

CPU verarbeitet Daten Schritt für Schritt.

Bei der Verarbeitung großer und schneller Daten ist es für die CPU schwierig, die Anforderungen zu erfüllen.

Wenn der Integrationsgrad des Chips zunimmt, steigt auch der Leckstrom, aber der Anstieg der Taktfrequenz ist begrenzt und die Leitungsbreite des Transistors erreicht bald die physikalische Grenze, sodass es schwierig ist, ihn zu reduzieren Die Leistung der Transistorleitungsbreite des Chips wird verbessert. Infolgedessen begannen die Leute, viel Aufhebens um das Design zu machen. Als erstes dachten sie daran, mehrere Prozessoren parallel arbeiten zu lassen, was natürlich die Effizienz erheblich verbesserte, und so entstanden Multi-Core-CPUs und GPUs.

Eine andere Idee besteht darin, den Chip unverändert zu lassen und dem Anwendungssystem künstliche Intelligenz hinzuzufügen, um Rechenvorteile zu erzielen

. Mit dem Aufkommen des Big-Data-Zeitalters gibt es immer mehr auf künstliche Intelligenz ausgerichtete Anwendungssysteme.

In modernen Computern wird die Grafikverarbeitung immer wichtiger, daher entstand eine Kernprozessor-GPU, die auf Grafikverarbeitung spezialisiert ist. Für die Verarbeitung von Grafikdaten muss jedes Pixel der Grafik verarbeitet werden. Dabei handelt es sich um große Datenmengen, sodass die Anforderungen an die Rechengeschwindigkeit sehr hoch sind. Da die von der GPU benötigten Funktionen jedoch relativ einfach sind, entstand die GPU-Architektur, die auf optimierter Grafikverarbeitung basiert.

CPU verfügt über viele Funktionsmodule und eignet sich für komplexe Computerumgebungen. Die meisten Transistoren werden in der Steuerschaltung und im Cache verwendet, und eine kleine Anzahl von Transistoren wird zur Vervollständigung der Rechenarbeit verwendet. Die Steuerung der GPU ist relativ einfach und erfordert keinen großen Cache. Die meisten Transistoren können in verschiedenen speziellen Schaltkreisen und Pipelines verwendet werden. Dadurch wird die Rechengeschwindigkeit der GPU erheblich erhöht und sie verfügt über leistungsstarke Gleitkomma-Rechenfunktionen.

Aktuelle Multicore-CPUs bestehen in der Regel aus 4 oder 6 Kernen, die zur Berechnung 8 oder 12 Verarbeitungsprozesse simulieren🎜. Aber gewöhnliche GPUs enthalten Hunderte von Kernen, und High-End-GPUs haben Zehntausende von Kernen. Dies hat inhärente Vorteile für eine große Anzahl wiederholter Verarbeitungsprozesse in der Multimedia-Verarbeitung und kann gleichzeitig zur Verarbeitung verwendet werden Große parallele Datenverarbeitung. 🎜

Obwohl die GPU für die Bildverarbeitung konzipiert ist, verfügt ihre Architektur nicht über spezielle Bildverarbeitungsalgorithmen. Sie optimiert daher nicht nur die CPU-Architektur, sondern wird auch häufig in der wissenschaftlichen Datenverarbeitung und Kryptographie eingesetzt Wird in Bereichen verwendet, die paralleles Rechnen erfordern, wie z. B. Cracking, numerische Analyse, Big-Data-Verarbeitung und Finanzanalyse. GPU ist ein allgemeinerer professioneller Chip.

Zusammensetzung des Grafikprozessors

GPU-Platine ist im Allgemeinen eine 6-lagige oder 4-lagige PCB-Leiterplatte. Alle Komponenten der GPU sind auf ihrer Platine integriert und die Platine beeinflusst die Qualität der GPU.

Der größte Chip auf der GPU-Platine ist die GPU, die über Kühlkörper und Lüfter verfügt. Als Kern der Datenverarbeitung verwenden die meisten GPUs ein Single-Chip-Design, während professionelle GPUs auch mehrere GPU-Chips verwenden.

Ein weiterer wichtiger Chip auf der GPU-Platine ist der Digital/Analog-Wandler (RAMDAC). Seine Funktion besteht darin, digitale Signale im Videospeicher in analoge Signale umzuwandeln, die vom Monitor erkannt werden können. Die Geschwindigkeit wird in angegeben. Je stabiler das Bild, desto höher ist die Bildwiederholfrequenz, die die GPU unterstützen kann. Um die Kosten zu senken, haben die meisten Hersteller Digital-/Analog-Wandler in GPU-Chips integriert, es gibt jedoch immer noch einige High-End-GPUs, die unabhängige Digital-/Analog-Wandler-Chips verwenden. 数/模转换器（RAMDAC）。它的作用是将显存中的数字信号转换成显示器能够识别的模拟信号，速度以MHz为单位，速度越快，图像越稳定，它决定了GPU能支持的最高刷新频率。为了降低成本，多数厂商都将数/模转换器整合到了GPU芯片中，但仍有一些高档GPU采用独立的数/模转换器芯片。

GPU的数据是存放在显存内的，显存是用来存储等待处理的图形数据信息的。显存容量决定了GPU支持的分辨率、色深。分辨率越高，显示的像素点越多，所需显存容量越大。对目前的三维GPU来说，需要很大的显存来存储Z-Buffer数据或材质数据。

显存有两大类：单端和双端

GPU-Daten werden im Videospeicher gespeichert, und der Videospeicher wird zum Speichern von Grafikdateninformationen verwendet, die auf die Verarbeitung warten. Die Videospeicherkapazität bestimmt die von der GPU unterstützte Auflösung und Farbtiefe. Je höher die Auflösung, desto mehr Pixel werden angezeigt und desto größer ist die erforderliche Videospeicherkapazität. Für aktuelle 3D-GPUs ist viel Videospeicher erforderlich, um Z-Buffer-Daten oder Materialdaten zu speichern.

Es gibt zwei Hauptkategorien von Videospeichern: single-ended und double-ended-Videospeicher. Ersteres liest Daten von der GPU und überträgt die Daten über denselben Port an den Digital-Analog-Wandler. Das Lesen, Schreiben und Senden von Daten kann nicht gleichzeitig durchgeführt werden Zeit. Zu den derzeit beliebten Videospeichern gehören SDRAM, SGRAM, DDR RAM, VRAM, WRAM usw.

Übliche Kondensatortypen, die auf GPU-Leiterplatten verwendet werden, sind Elektrolytkondensatoren, Tantalkondensatoren usw. Erstere erzeugen mehr Wärme. Viele GPUs bekannter Marken verwenden Tantalkondensatoren, um die Leistung zu verbessern. Das Gleiche gilt für Widerstände. Herkömmliche Metallschichtwiderstände und Kohlenstoffschichtwiderstände weichen zunehmend Chip-Widerständen.

Die GPU-Platine verfügt über einen Stromversorgungskreis, der die GPU mit Strom versorgt. Seine Aufgabe besteht darin, den Strom vom Motherboard anzupassen, damit die GPU stabil arbeitet. Da GPUs immer ausgefeilter werden, werden auch die Anforderungen an GPU-Stromversorgungsschaltungen immer höher.

Auf der GPU-Platine befindet sich außerdem ein Flash-Speicher für das VGA-BIOS. Es enthält Informationen wie GPU- und Treibersteuerungsprogramme, Produktidentifikation usw. Dieser Flash-Speicher kann über ein spezielles Programm aufgerüstet werden, um die GPU-Leistung zu verbessern und der GPU manchmal ein neues Aussehen zu verleihen.

Die GPU-Leiterplatte verfügt über Komponenten wie Quarzoszillatoren, die die Taktfrequenz für die Digital/Analog-Umwandlung im Inneren der GPU bereitstellen. Da die Frequenz der GPU immer höher wird, erzeugt sie beim Arbeiten außerdem viel Wärme, und auf der GPU-Platine befindet sich außerdem ein Lüfter. 🎜🎜Weitere Informationen zu diesem Thema finden Sie in der Spalte „FAQ🎜“! 🎜

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